EFM32" title="EFM32">EFM32是由挪威EnergyMicro公司采用Cortex-M3內(nèi)核設(shè)計而來的高性能微控制器,，它具有突出的低功耗" title="低功耗">低功耗特性，適用于三表(電表,、水表,、氣表、熱表),、工業(yè)控制,、警報安全系統(tǒng)、健康與運動應(yīng)用系統(tǒng),、手持式醫(yī)療設(shè)備以及智能家居控制等領(lǐng)域,。
針對EFM32的低功耗特性以及LESENSE接口的應(yīng)用特色，本文將詳細闡述基于EFM32的無磁熱表的方案。
LESENSE簡介
LESENSE接口是EFM32微控制器利用片上外設(shè)實現(xiàn)可配置" title="可配置">可配置傳感器檢測" title="傳感器檢測">傳感器檢測的低功耗接口,。傳感器接口檢測到的結(jié)果可由LESENSE配置16狀態(tài)的狀態(tài)機進行解碼,，也可以保存在緩沖區(qū)中，由CPU或DMA進行進一步的處理,。
LESENSE除了能在功耗模式EM0和EM1下工作外,，還可以在低功耗模式EM2下，通過配置它為事件輸入低功耗喚醒CPU(@1uA),。
LESENSE特性
EFM32的LESENSE接口具有低功耗,、可配置特性靈活的特點：
l 多達16通道的傳感器接入，支持電感式,、電容式,、電阻式傳感器檢測輸入;
l 在EM0,、EM1,、EM2模式下，自動進行傳感器檢測;
l 高度可配置的傳感器檢測結(jié)果解碼;
l 傳感器事件中斷;
l 提供外部傳感器可配置使能信號;
l 多達16個可保存?zhèn)鞲衅鳈z測結(jié)果的環(huán)形緩沖區(qū),。
無磁熱表方案
EFM32的LESENSE接口適用于有電感式傳感器檢測需求的應(yīng)用領(lǐng)域,，例如流量計、水表,、熱量表,、轉(zhuǎn)動位置檢測模塊等應(yīng)用。無磁式熱表(熱量表)方案就是綜合EFM32的低功耗特性以及LESENSE實現(xiàn)的無磁傳感式流量檢測技術(shù)而來,。
(一)應(yīng)用背景
目前傳統(tǒng)的熱表方案主要采用韋根,、霍爾、干簧管等有磁傳感器進行流量檢測,，因此葉輪上需要帶有永久磁鐵,，由于供暖管道的生銹和水質(zhì)比較差，葉輪上的磁鐵很容易吸附水中的鐵屑,、鐵銹等,，并形成堆積，從而阻礙了葉輪的轉(zhuǎn)動和增加了磨損,，尤其是在停止供熱以后,，大量的雜質(zhì)硬化，使葉輪在第二年供熱時轉(zhuǎn)動很慢,，嚴重的甚至不能轉(zhuǎn)動,，大大影響熱量表的使用壽命。同時,，由于長時間工作于高溫水流中,，磁鐵磁力會減弱，從而影響到采樣的可靠性,。有磁傳感器的另一個致命弱點是極容易受到外部磁場的干擾,，使采樣信號發(fā)生紊亂,，甚至停止工作。因此有磁式流量檢測的熱表已逐步被市場所淘汰,。
目前市場上常應(yīng)用的熱表方案分別是無磁式熱表和超聲波式熱表,。超聲波檢測具有精度高，可靠性好的優(yōu)點,，但是超聲波檢測芯片的價格較貴,，整體方案的成本較高。因此,，無磁式傳感器以其低成本,、高精度的特點得到廣泛應(yīng)用。
(二)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
EFM32主要是依靠檢測LESENSE外接的LC振蕩電路的阻尼振蕩波形的變化來判斷外部電感量的變化,，從而得到旋轉(zhuǎn)葉輪的轉(zhuǎn)動情況,。
圖1 電感檢測原理
如圖1所示，兩個LC傳感器固定在葉輪上方,，分布在與圓心成90度或180度角,。EFM32通過DAC定時輸出激勵脈沖讓LC傳感器產(chǎn)生自由振蕩。流體流動時帶動葉輪轉(zhuǎn)動,，由于葉輪的一半涂有具有阻尼特性的金屬膜,，在葉輪轉(zhuǎn)動時兩個LC傳感器會交替經(jīng)過涂有金屬膜的部分。當傳感器在經(jīng)過有金屬的位置時,，LC阻尼振蕩的振幅衰減速度快,，相反，在經(jīng)過非金屬部分時,，LC阻尼振蕩振幅衰減的速度就慢,，如圖2所示。
圖2 阻尼振蕩波形
將振蕩信號輸入到EFM32中的比較器與設(shè)定的電壓進行比較,，即可得到一串脈沖,，通過比較兩個LC傳感器的脈沖個數(shù)的變化即可計算出葉輪的運轉(zhuǎn)速度，從而得出流體的流量,。由于DAC,、LESENSE及模擬比較器都可以在MCU睡眠狀態(tài)EM2模式下進行工作，因此,，整個LC傳感器檢測的過程中并不需要CPU進行干涉,，CPU可以進行其它的任務(wù)處理或保持睡眠以使全程運行在低功耗狀態(tài)，只需要在檢測結(jié)束后才被喚醒進行結(jié)果的處理以及流量的計算,。
同時,，EFM32帶有12位的ADC，可支持差分輸入，可與PT1000鉑電阻實現(xiàn)高精度溫度的測量,。它片上集成的LCD控制器可實現(xiàn)熱表上顯示液晶屏的驅(qū)動,，用于人機交互界面。此外,，EFM32片內(nèi)帶有RTC功能模塊,，可用于時間記錄。熱表的通信接口可通過EFM32的2路UART擴展為紅外通信接口及M-BUS/RS-485總線通信接口,。EFM32的工作電壓范圍為1.8V~3.8V,，能夠在3.6V鋰電池直接供電的情況下工作，并且能夠兼容鋰電池的浮動電壓范圍,，使得系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性提高,。
1、低功耗,。
EFM32具有5種功耗模式,，在RTC及低功耗模塊運行的EM3模式下，EFM32的功耗僅900nA,。EFM32的LESENSE,、LEUART以及LETIMER模塊均為針對低功耗設(shè)計。LESENSE能夠在低功耗模式EM2下工作進行流量檢測,，無需CPU干預(yù)，待檢測完成后喚醒CPU進行數(shù)據(jù)的處理及運算,。LEUART在9600的波特率下僅為150nA,，且支持LEUART接口通信喚醒，適合于熱表通信總線中的低功耗應(yīng)用,。熱表系統(tǒng)中的溫度檢測ADC模塊在12bit,，1Msps的速率下功耗低至350μA。驅(qū)動液晶屏顯示的LCD Controller能夠在低功耗模式下保持顯示8×36段的驅(qū)動功耗也只需0.55μA,?？梢姡珽FM32的低功耗外設(shè)功能模塊非常適合于熱表方案的設(shè)計應(yīng)用,。
2,、運算能力強。
EFM32采用ARM公司的Cortex-M3內(nèi)核設(shè)計,，其運算性能優(yōu)異,，支持硬件乘法器及除法器，支持ARM和Thumb2指令集,，使能程序代碼密度高,，執(zhí)行效率快。在熱表方案的應(yīng)用中能夠更快速地計算熱功率及熱量，因此CPU處在正常運行模式時間短,，可更多時間處于睡眠狀態(tài),，降低整體方案的功耗。
3,、低成本,。
EFM32片上帶有12位ADC和運算放大器，無需外擴ADC芯片即可實現(xiàn)高精度溫度檢測功能,，同時片內(nèi)集成LESENSE接口系統(tǒng)只需通過簡單的LC硬件電路即能實現(xiàn)流量檢測無需外擴其他傳感器芯片,。它還帶有片上的RTC與LCD控制器，因此微控制器的集成度比較高,，整體方案性價比良好,。
(四)方案框圖
基于EFM32TG840F32的熱表方案的功能框圖如圖3所示。
圖3 EFM32熱表方案功能框圖
總結(jié)
綜上所述,，EFM32具有優(yōu)異的低功耗特性,，且集成了個性化的低功耗外設(shè)部件，非常適合于三表,、智能家居控制,、安防監(jiān)控、便攜式醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用,。如果您對于EFM32的應(yīng)用和需求有更多的想法和意向,，請您通過以下聯(lián)系方式與我們聯(lián)系，北高智公司將竭誠與您交流與溝通,。